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材料冷知识：颠覆传统材料应用的“超级材料” “材料不同，品质不凡”，材料技术的革新是推动人类进步的根本性力量之一。实现更高效、更环保、更智能、更安全的人机物融合，要依靠材料科技的发展。近年来，基于纳米材料、智能材料等前沿技术的新型材料加速涌现，其中最引人注目的“超级材料”赢得了越来越广泛的关注。今天，我们就来聊聊这个冷知识：什么是超级材料，它有什么特性和应用前景。 1. 什么是超级材料？ 所谓“超级材料”，是指具有突出特性和性能的材料。它们最有特点的是强度、韧性、硬度、延展性、韧性和导电热性能等多项指标均为顶级的材料。现代材料科学掌握的一些技术方法，例如纳米技术、先进合成材料等，使得超级材料在原子、分子层面上具有高度、精密化的特点，其应用领域正在快速扩展。 2. 超级材料的特性 超级材料具有很高的强度和韧性，下面简要介绍一下其中几种突出特性。 （1）超强度 超强度材料主要指碳纳米管和石墨烯两类材料。碳纳米管的拉伸强度位居各种材料之首，高出钢材的400倍以上。而石墨烯的强度也非常出众，因为其单层厚度，所以理论上可以以相当的厚度制造。因此，在材料研究领域中，这两种材料经常被使用到。 （2）超导电性 超导电性是指在超级材料中，电子的流动是无阻碍的，因此可以以极低的电流大小维持电能传递。例如，铁电体就是一种极低的电阻材料，广泛应用于高精度仪器和高清晰度显示器件。 （3）超导热性 与超导电性类似，超导热性是指超级材料具有极低的热阻抗，使得热能的流动不受影响。这种性质可以在很多热源材料中看到，例如电子器件、发动机和能量储存器等。 （4）超韧性 其实这项特性就是用来表示坚硬物质的柔韧性，也称韧性。在各种材料分类中，金属的硬度和脆性常常是造成质量损失的原因，而超级材料的超韧性能够在一定程度上弥补这种缺陷。 3. 超级材料的应用前景 超级材料的诞生与应用，无疑将对多个领域产生深远的影响。它们的应用前景十分广阔，下面简要聊聊其中几种。 （1）新型电池 在储能材料的领域上，超级材料的好处非常明显。例如，以纳米 - 铁氧体作为阳极材料的电池，其电能密度已达到传统电池的2-3倍。此外，石墨烯的诞生，也使得石墨烯电池成为一种有望搭载比特德电池更好电量的能量来源。 （2）蓄电器 蓄电器是储能材料的一种，放大了传统电池的能量转换方式。在蓄电器领域，分离电容式的超级蓄电器能够攻克传统蓄电器在储存能量和速度方面的限制。 （3）新型合金 超级材料在材料合金的领域上，也有很多应用前景。例如，纳米合金可以提高耐蚀性，延长材料的使用寿命，也可以提高合金的韧性和强度。超级材料还可以用来制造高强度的轻型合金制品，例如飞机和汽车的零部件。 （4）光学材料 基于超级材料的新光学系统，在设备方面可以比传统装置更具优势。例如，对于大型天文观测系统，有一些光学技术需要建造超大型组件，这时用超级材料制造就非常有优势。 （5）介电材料 近年来，随着电子元件体积的缩小及运行速度的提高，人们对于不同制作技术和不同介电材料的需求也越发迫切。超级材料的应用实现了介电材料在电子元件中更加准确的数据传递，对硅基电子元件制造等产生了积极的推动作用。 总而言之，超级材料的引入，将会推动许多领域取得重大突破，新型电池、新型合金、光学材料、介电材料等等的应用必将承载着复杂工具制造的重担，因为超级材料有巨大的潜力在各行各业中得到大量的应用。
